Funktion einer Photovoltaik Zelle

Eine Solarzelle ist letztlich eine Halbleiterdiode. Hier wird die Strahlungsenergie in Gleichstrom verwandelt. Physikalisch erklärt werden kann dies durch den sogenannten Photoeffekt. In einer Solarzelle werden unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten zusammengesetzt. An dem Übergang zwischen diesen beiden Schichten (die eine positiv, die andere negativ), dem p-n-Übergang, entsteht ein elektrisches Feld, das die beiden Schichten voneinander trennt und verhindert, dass die Ladungen sich ausgleichen. Gleichzeitig erlaubt die Grenzschicht, dass der Strom nur in eine Richtung fließt, wenn der Stromkreis geschlossen wird.

 

Solarzelle/Module

Die Solarzelle ist das kleinste Element im Solargenerator. In ihr wird die solare Strahlungsenergie in elektrische Energie umgesetzt. Die kleinste Einheit, mit der der Installateur / Anlagenbetreiber in Kontakt kommt, ist jedoch nicht die Zelle, sondern das Modul, das bereits aus einer größeren Anzahl von Zellen besteht.

Die Module sind die entscheidende Komponente einer Photovoltaikanlage. In ihnen wird je nach Größe eine unterschiedliche Anzahl an Solarzellen zusammengeschaltet. Für eine Photovoltaikanlage werden wiederum mehrere Solarmodule zu sogenannten Strings verschaltet. Mehrere Strings ergeben dann den gesamten Solargenerator.

 

Aufbau eines Photovoltaikmoduls

In einem Solarmodul werden mehrere Solarzellen verschaltet. Diese Solarzellen werden verkapselt, um sie gegen Witterungseinflüsse zu schützen, gleichzeitig für eine gute Wärmeableitung zu sorgen und die Zellen nach außen zu isolieren. Ein Solarmodul besteht deshalb aus einem Rahmen, der unten abgedeckt wird durch eine Folie und der das Einbettungsmaterial für die Solarzellen enthält, üblicherweise den Kunststoff Ethylenvinylacetat. Abgedeckt werden die Module mit einer Glasschicht. Normalerweise wird ein besonders durchlässiges, eisenarmes Glas genutzt, das gleichzeitig gegen mechanische Belastungen wie etwa Schneelasten schützt.

Wechselrichter

Solarzellen produzieren systembedingt Gleichstrom. Um den Solarstrom entweder selbst nutzen zu können oder ihn in das öffentliche Netz einspeisen zu können, werden deshalb Wechselrichter benötigt, deren Aufgabe die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist.

Bedeutung der Wechselrichter für den Ertrag

Die Leistung der Photovoltaikanlage wird durch die Wahl der Wechselrichter ganz entscheidend beeinflusst. Der gesamte erzeugte Gleichstrom muss durch die Wechselrichter hindurch, bevor er ins Netz eingespeist wird. Daher hat der Wirkungsgrad der Wechselrichter und seine optimale Auslegung einen enormen Einfluss auf den gesamten Anlagenertrag.
 

Verschiedene Arten von Wechselrichtern

Zunächst sind Wechselrichter danach zu unterscheiden, ob sie in einer Inselanlage oder einer netzgekoppelten Photovoltaikanlagen eingebaut werden. Zudem werden Wechselrichter danach unterschieden, wie viel Module oder Strings an ihnen angeschlossen werden. Wechselrichter gibt es außerdem als trafolose oder als Wechselrichter mit Trafo.
 

Modulwechselrichter

Modulwechselrichter werden für ein einzelnes Modul eingesetzt. Dabei benötigt man entsprechend viele Wechselrichter. Dies kann aber dennoch sinnvoll sein, wenn die einzelnen Module unterschiedlich ausgerichtet sind und sehr unterschiedliche Leistung bringen. Modulwechselrichter bieten hervorragende Optimierungsmöglichkeiten, geeignet für kleinere Anlagen.

Stringwechselrichter

Stringwechselrichter sind sehr weit verbreitet. Mehrere Strings laufen hier in einem Wechselrichter zusammen. Sie bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, geeignet für kleinere bis mittlere Anlagen. Vorteil: Verschiedene Ausrichtung oder Verschattungen haben weniger Einfluss.

Multistringwechselrichter

Hierbei werden mehrere Strings von einem Wechselrichter bedient. Bei Multistringwechselrichtern kommen mehrere MPP-Tracker zum Einsatz, die für jeden String den optimalen Arbeitspunkt ermitteln. Sie bilden eine Alternative zu Stringwechselrichtern bei größeren Anlagen.

Zentralwechselrichter

Sie kommen in Großanlagen zum Einsatz und sind vor allem dann sinnvoll, wenn es sich um eine sehr homogene Anlage eignet, bei der alle Strings die gleiche Neigung aufweisen und auch gleich ausgerichtet sind. Sie erzielen gute Wirkungsgrade und lassen sich in Großanlagen besonders gut warten.

Inselwechselrichter

Ein Inselwechselrichter bezieht seinen Gleichstrom aus der Batterie. Das heißt, er wird auf die Batteriespannung abgestimmt. Gleichzeitig muss ein Inselwechselrichter auf der Ausgangsseite, also der Wechselstromseite, gerade so viel Leistung bieten, wie der angeschlossene Verbraucher benötigt. Deshalb wird die Ausgangsspannung von Inselwechselrichtern geregelt und ist nicht lastabhängig. Bei der Auswahl des Inselwechselrichters muss auf die Ausgangsleistung geachtet werden. Sie muss für die angeschlossenen Verbraucher groß genug sein.